ملتقى الفيزيائيين العرب - عرض مشاركة واحدة - فقط للثاني عشر علمي . << الفيزياء بين يديك >>
عرض مشاركة واحدة
  #5  
قديم 05-03-2009, 22:13
الصورة الرمزية م.محمود المصري
م.محمود المصري
غير متواجد
فيزيائي مبدع
 
تاريخ التسجيل: Mar 2008
الدولة: أم الدنـــــــ مصر ــــــــــيا
المشاركات: 414
افتراضي رد: فقط للثاني عشر علمي . << الفيزياء بين يديك >>

ثالثا / نظرية نطاقات الطاقة في المواد الصلبة :

تبين نظرية نطاقات الطاقة مستخدمة بعض فروض نظرية الكم أن:

1. الالكترونات تدور حول النواة في مستويات محددة الطاقة.

2. المستوى الاول للطاقة( الاقرب للنواة) يمتلك أقل طاقة وكلما زاد بعد المستوى عن النواة زادت طاقتة.

3. عندما تتجمع الذرات لتشكل كتلة صلبة (بلورة) فإن الالكترونات في أى ذرة تتأثر بقوى كهربائية بسبب الشحنات الموجودة في الذرة بالاضافة الى تأثير الذرات المحيطة بها.

4. نتيجة تجمع الذرات تتداخل مستويات طاقة كل ذرة مع الذرات الاخرى في البلورة. وينتج عن ذلك حزم او نطاقات او أشرطة للطاقة.

5. كل نطاق يحوى مجموعة من مستويات الطاقة المتقاربة التى تكون فروق الطاقة بينها صغيرة جدا.

6. يوجد بين نطاقات الطاقة مسافات فجوات.

7. الفجوات لايوجد بها مستويات طاقة او الكترونات.



ملاحظات هامة

1. طريقة توزيع نطاقات الطاقة واتساع الفجوات بينها تحدد الخاصية الكهربايئه لمادة عن مادة أخرى .


2. نطاق التكافؤ: هو النطاق الخارجي ( الاخير) الذي يحتوي على الكترونات التكافؤ.


3. نطاق التوصيل: هو النطاق الذى يعلو نطاق التكافؤ ووجود الالكترونات فية يدل على أن المادة موصلة للتيار الكهربائى.



مقارنة هااااااااااااامة :

* وجه المقارنة *.............. * المواد الموصلة * .............. * المواد العازلة * ............. * أشباه الموصلات*

1- المقاومة النوعية : -------------- صغيرة جدا ------------ كبيرة جدا ------- أكبر من الموصلة وأقل من المواد العازلة ( متوسطة )

2- - طاقة الفجوة ( النطاق المحظور ) ----لا يوجد نطاق محظور ----------- يوجد والطاقة اللازمة لعبوره كبيرة جداً --- صغير نسبياً تستطيع بعض الالكترونات بإكساب الطاقة عبور النطاق المحظور .

3- نطاق التوصيل ----- مملوء نسبياً بالكترونات ----- خالي من الالكترونات ------خالي من الالكترونات في درجة الصفر المطلق









4- طاقة الفجوة ((Eg)) هي الطاقة اللازمة لنقل الالكترون من نطاق التكافؤ الى نطاق التوصيل.


* التركيب البنائي لبلورة شبة الموصل النقي


نظرا لأن شبة المصل النقي(السيلكون Si أو الجرمانيوم Ge------------)
تحتوى في مستوى الطاقة الاخير على أربع الكترونات ( رباعية التكافؤ ) لذلك فإن بلورة شبة المصل النقي (السليكون) تتكون من ذرات بحيث تكون كل ذرة محاطة بأربع ذرات عن طريق أربع روابط تساهميه تشارك فيها الذرة باربع الكترونات. ونظرا لان الكترونات الروابط تكون مرتبطة بذراتها ارتباطا شديدا عند درجة الصفر المطلق.
لذلك البلورة النقية لا توصل التيار الكهربائي عند هذة الدرجة.
ويأتي هنا سؤال علل هام هو : بلورة شبه الموصل النقي ( أو السيليكون أو الجرمانيوم ) تكون عازلة مثالية عند درجة الصفر المطلق .


فيكون الجواب : لعدم وجود الكترونات حرة أو لأن كل الإلكترونات تكون في نطاق التكافؤ وأما نطاق التوصيل فيكون فارغا من الإلكترونات .


* العوامل التى تؤثر فى درجة التوصيل الكهربائى لاشباة الموصلات النقية:

1- درجة الحرارة
2-التطعيم



وسنتناول هذه العوامل بشيء من التفصيل :

أولا : أثر درجة الحرارة :

عند تسخين البلورة النقية الى درجة الحرارة العادية فإن ذلك يؤدي الى تكسير بعض الروابط و ينتج عنه بعض الالكترونات الحرة التى تترك مكانها فجوات تؤدي الى حركة الالكترونات بين الروابط أى أن التوصيل الكهربائي فى بلورة شبة الموصل النقي تنتج من حركة الالكترونات والفجوات داخل البلورة.

حيث تمثل حركة الالكترونات اتجاه مرور التيار الالكتروني بينما تمثل حركة الفجوات إتجاة مرور التيار الاصطلاحي واتجاه حركة الالكترونات يكون في اتجاة معاكس لحركة الفجوات.
أي أن التيار الالكتروني والتيار الاصطلاحي عند درجات الحرارة العادية متساويان في المقدار ومتعاكسان في الاتجاه.


***** مع ملاحظة أن حركة الفجوات حركة ظاهرية أما حركة الإلكترونات فتكون حقيقية *****

ثانيا / التطعيم:

يقصد به إضافة بعض ذرات عنصر اخر (شائبة) الى بلورة شبه الموصل النقي بغرض زيادة عدد الالكترونات او الفجوات فيها.

ويطلق على البلورة النقية بعد اضافة بعض ذرات الشائبه اليها بلورة شبه موصل غير نقى.


هناك نوعان من أشباه الموصلات غير النقية :
1- أشباه الموصلات من النوع السالب ( N-type )
2- أشباه الموصلات من النوع الموجب ( P-type )





النـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ـــــــوع السالب



عبارة عن بلورة شبه موصل نقى(Ge-Si) مخلوطه ببعض ذرات شائبة خماسية التكافؤ مثل الزرنيخ ( تحتوي في مستوى الطاقه الأخير على خمس الكترونات)
وفى هذا النوع من البلورات تكون كل ذرة شائبة" خماسيه التكافؤ" وليكن الزرنيخ مرتبطة بأربع ذرات سليكون عن طريق أربع روابط تشارك فيهم ذرة الزرنيخ بأربع الكترونات ويتبقى الالترون الخامس لذرة الزرنيخ ضعيف الارتباط بها الكترون حر.






وكلما زاد عدد ذرات الشائبة يزداد عدد الالكترونات الحرة وبالتالي تزداد قدرة البلورة على توصيل التيار الكهربائي.


ويسمى هذا النوع من النلورات ب( بلورة سالبة) لأن خاصية التوصيل الكهربائى بها ناتج عن حركة الالكترونات السالبة.


ويسمى هذا النوع من ذرات الشوائب بالذرات المانحة.


البلورة السالبة تكون متعادلة كهربائيا وذلك لأنها تتكون من ذرة متعادلة كهربائيا.


النـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ـــــــوع الموجب




عبارة عن بلورة شبه موصل نقى"Ge- Si" مخلوطة ببعض ذرات شائبة ثلاثية التكافؤ ( مثل الجاليوم والالومنيوم و الانديوم) تحتوى في مستوى الطاقة الاخير على ثلاث الالكترونات.

وفي هذا النوع من البلورات تكون كل ذرة شائبة" ثلاثية التكافؤ" وليكن الجاليوم مرتبطة بأربع ذرات سليكون عن طريق أربع روابط تساهمية تشارك فيهم ذرة الجاليوم بثلاث الكترونات ويتبقى في الرابطه الرابعة مكان لالكترون غير موجود يسمى فجوة و تقوم هذة الفجوة بجذب الكترون من رابطه مجاورة وعندما ينتقل الالكترون يملأ هذة الفجوة يترك خلفه فجوة جديدة وهكذا.

ونتيجه لحركة الالكترون بين الروابط يملأ الفجوة يتسبب ذلك فى وجود الكترونات حرة مما يجعل البلورة توصل التيار الكهربائى.





ملاحظات هامة:

1- كل ذرة عنصر ثلاثي التكافؤ تتسبب في وجود فجوة ويسمى هذا النوع من ذرات الشوائب بالذرات المتقبلة.
2- البلورة الموجبه سميت بهذا الأسم لأن المئول عن توصيل التيار الكهربائى فيها هي الفجوات.
3- البلورة الموجبه تكون متعادلة كهربائيا لأنها تتكون أصلا من عدد من الذرات المتعادلة كهربائيا.



تفسير عمل الشوائب فى بلورة شبه الموصل غير النقى فى ضوء نظرية نطاقات الطاقه

1- الشائبة خماسية التكافؤ
عند اضافة ذرات الشائبه الخماسية التكافؤ يؤدي ذلك الى تكوين مستويات طاقة اضافيه أسفل نطاق التوصيل مباشرة وقريبة جدا منه تسهل من انتقال الالكترونات الى نطاق التوصيل عند درجة الحرارة العادية فتصبح الكترونات حرة وتشارك في التوصيل الكهربائى.



2- الشائبة الثلاثية التكافؤ:
عند اضافة ذرات الشائبة الثلاثية التكافؤ يؤدى ذلك الى تكوين مستويات طاقه إضافية أعلى نطاق التكافؤ مباشرة وقريبة جدا منة. في درجات الحرارة العادية تمكن أن تنتقل بعض الالكترونات المثارة بفعل الحرارة من نطاق التكافؤ لتشغيل مستويات الطاقة الاضافيه هذه تاركه عدد كبير من الفجوات فى نطاق التكافؤ مما يؤدى الى زيادة التوصيل الكهربائى.
رد مع اقتباس